基于組態王的鋁電解槽槽殼溫度檢測系統設計與應用

謝佳鋒 王俊杰

摘 要：文章針對利用組態王開發的“鋁電解槽溫度檢測系統”的設計與實現進行了分析，利用仿真PLC采集的模擬數據測試了該系統的數據采集功能、監控功能、歷史數據記錄功能以及報警功能，驗證了該系統的可靠性與有效性。通過仿真表明，該仿真系統切實可行、經濟適用、可靠性高[1]。

關鍵詞：組態王；仿真設計；鋁電解槽；檢測系統；數據采集

引言

鋁工業因其高耗能高排放成為節能減排重點行業之一，鋁電解槽是鋁工業生產的重要組成成分。因此，對鋁電解槽槽殼溫度的準確、方便的檢測，對鋁工業的實際生產具有保障作用[2-3]。組態王軟件kingview是新型的工業控制系統，可以對企業的生產流程提供一個集實時檢測、數據匯總、分析和管理于一體的平臺，并具有良好的可視化監控界面。組態王與計算機以及現場間的關系如圖1所示：

圖1 組態王與上位機、下位機的關系

基于組態王軟件，以鋁電解槽的工業控制為例，設計了一個鋁電解槽的溫度控制系統。該系統用動畫模擬鋁電解槽的運行過程，化“抽象”為“形象”，開發了實時數據監控功能、實時數據報表和曲線、歷史數據報表和閾值報警等功能，并利用仿真PLC代替現場檢測儀表輸入數據，對系統進行運行、調試和數據采集。

1 鋁電解槽工控軟件設計

該軟件的主界面以鋁電解槽的工作過程[4]為主要部分，幫助使用者理解該工況。由于鋁電解生產在實際工藝中需要檢測溫度、電壓、電流等數據，該軟件設計相應的檢測功能，并增添相應的實時報表、實時曲線、歷史報表和報警模塊。

1.1 主畫面設計

在組態王工程瀏覽器中新建界面，命名為“鋁電解槽”，作為鋁電解槽控制系統的主界面。在主界面中，利用組態王提供的畫圖工具和圖庫繪制系統的主畫面，并添加可切換至其他界面的按鈕[5-6]。最后鋁電解槽主控界面如圖2所示：

1.2 定義硬件設備和數據變量

組態王開發的軟件需要外部設備與之交換數據，文章中采用的是仿真PLC設備實現虛擬仿真[7]。此外，數據庫中的數據詞典記錄了數據變量的詳細信息，進入以定義本控制系統所需使用的所有數據。

1.3 建立動畫連接

完成主控界面的設計和相關數據的建立，下一步則是將主控界面中的圖形對象與數據庫中的數據對象建立連接，實現動畫功能。此外，對系統中所需要采集的監控數據，也建立相關的動畫連接，使仿真PLC模擬的數據顯示在主控界面中的相應位置。

2 系統的實際運行檢測

在建立畫面和設定參數之后，在組態王中運行控制系統，進入運行環節，可以檢測控制系統的所有功能。主控界面顯示鋁電解槽工作動畫，模擬實際生產，并顯示鋁電解槽槽殼三個點的當前溫度和當前輸入的電壓U、電流I，在右上角可以看到當前日期，下方三個按鈕可分別切換至其他三個界面。主控界面運行效果如圖3所示：

圖3 主控界面運行情況

2.1 實時報表及曲線

從主控界面點擊“實時數據/曲線”按鈕，可以進入實時報表及曲線界面。從實時報表中，可以詳細查看當前時刻的槽殼檢測點溫度和輸入電壓，因為采用仿真PLC輸入數據，因此此時檢測到的溫度和電壓均為隨機數值。實時數據報表中提供當前時刻和值班人員的記錄，方便查閱。

2.2 歷史數據報表

從主控界面點擊“歷史數據報表”按鈕可以切換到歷史數據報表界面，可以查看過去某一段時間內的歷史數據。使用者可以根據自己需要調用某一個時間段的某一個或幾個檢測點的數據記錄，以查看2015年3月15日22點45分至23點15分的鋁電解槽槽殼溫度（1、2、3）和電壓記錄為例，調用的歷史報表數據如表1所示：

表1 歷史報表查詢結果

2.3 報警界面

鋁電解槽的溫度需要維持在一定的溫度范圍內，超出此溫度范圍會影響鋁電解槽工作效率。因此在系統中設定溫度上限和下限，當檢測溫度超過上閾值或低于下閾值時，報警窗口會產生警報并顯示。在報警界面中，最新數據會出現在最上行，幫助使用者掌握最新動態。另外，因為系統中仿真PLC采用隨機數據，因此下一時刻報警事件會恢復正常，而在現實中出現的異常數據，需要人工在現場進行校正。

3 結束語

基于組態王開發的鋁電解槽槽殼溫度檢測系統，通過仿真PLC產生的模擬數據驗證了該系統的可行性，并成功實現了鋁電解槽動畫模擬、數據監控、數據采集、數據記錄和報警警示等功能。

基于組態王開發的檢測系統具有人機界面友好、開發成本低廉和簡單易學等特點。另外，通過該系統可以檢測記錄到某些必須卻又不易現場查看的數據，提高了生產安全性，降低了運行成本。

通過仿真數據驗證了系統可行性，可以節省大量實驗驗證所需的人力物力，為優化鋁工業應用提供了參考依據，也為鋁工業的設計、研究提供了有效的研究方法和途徑。

參考文獻

[1]穆亞輝.組態王軟件實用技術[M].黃河水利出版社，2012（3）.

[2]張爍.淺談新型電解鋁控制管理系統軟件的開發.電腦知識與技術[J].2007（8），3-5.

[3]劉冉冉，鄭恩興，馬慶功.基于工控軟件的仿真培訓系統開發與研究[J].電子科技，2013，3（2）：3-4.

[4]馮乃祥，孫陽，劉剛.鋁電解槽熱場、磁場和流場及其數值計算[M].東北大學出版社，2001（9）：2-6

[5]王寶林.基于組態軟件的PLC仿真教學系統設計[J].輕工科技，2013（5）：111-112.

[6]Aalbu.J，Moen.T，Aalbu.S，et al.Method of Controlling the Alumina Feed into Reduction Cells for Producing Aluminum.US4766552. 1988（8），23.

[7]王春.基于組態軟件的PLC實驗教學系統[D].四川： 西華大學，2009：1-10.

作者簡介：謝佳鋒（1992-），男，漢族，廣東汕尾人，大學生，熱能與動力工程專業。